Thermal baroclinic instabilities in accretion disks I: Combined dispersion relation for Goldreich-Schubert-Fricke Instability and Convective Overstability in disks around young stars
本文研究了年轻恒星周围盘中的热斜压不稳定性，推导了 GSF 和 COS 的组合色散关系并确定了新稳定性判据，发现斜压盘大气始终存在浮力不稳定方向，且长冷却时间下 GSF 模式会伴随相似增长率的 COS 模式。
2024-04-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Solar differential rotation driven by baroclinic forcing
Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）；High Altitude Observatory, NSF National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心高空观测站）；Department of Physics and Astronomy, George Mason University（乔治梅森大学物理与天文学系）；National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心）
研究太阳较差自转起源，针对对流难题，通过对旋转球壳进行流体动力学模拟，发现各种热分层下能产生类似太阳的较差自转，提出了太阳较差自转起源的替代方案，以解释此前差异。
2026-07-23 astro-ph.SR
Flows and dynamos in a model of stellar radiative zones
在恒星结构的标准模型中，恒星辐射带通常被假定为静止的，但有可靠的理论和观测证据表明，情况并非如此。我们调查的直接数值模拟的三维和时间依赖性的恒星辐射区的模型组成的导电和稳定分层的滞弹性流体局限于一个旋转的球壳和驱动的斜压扭矩。随着斜压驱动力的逐渐增加，从轴对称和赤道对称的时间无关流的一系列过渡流与一个强极向分量和较小的对称性被发现，它表明，所有的流动制度，其特征在于具有显着的非轴对称分量是能够产生自持磁场。随着普朗特数的值的减小和埃克曼数的值的减小，流变得强烈地依赖于时间，具有逐渐复杂的空间结构，并且发电机可以在较低的磁普朗特数的值下产生。
2018-05-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Differential rotation and meridional flow on the lower zero age main sequence: Reynolds stress versus baroclinic flow
研究了零龄主层序（ZAMS）下部的地表差异旋转和纬向流的变化。我们首先计算一系列质量从0.3到1.5太阳质量的恒星模型。然后，我们构建了平均场模型的外对流区和计算微分旋转和湍流通过求解雷诺方程的传输系数从二阶相关近似。对于一个固定的旋转周期为2.5天，我们发现一个强大的依赖性的表面微分旋转的有效温度与弱表面剪切的M矮星和非常大的值F星。在6000 K以下，随有效温度的增加是适度的，但在6000 K以上，随有效温度的增加是非常陡峭的。对流层流动也表现出类似的随温度的变化，但随温度的增加并不那么陡峭。在整个温度范围内，表面自转和纬向环流都是太阳型的。我们还研究了质量的旋转周期对微分旋转和旋向流的依赖性。从0.3到1.1个太阳质量。除极快速自转外，差自转随周期的变化很小。螺旋流显示出流速随转速的系统性增加。数值实验中，无论是$Λ$效果下降的雷诺应力或斜压项的运动方程被取消表明，有效温度低于6000 K的雷诺应力是主导的驱动程序的差异旋转。
2011-10-21 astro-ph.SR
The 2D dynamics of radiative zones of low-mass stars
在长期演化的背景下，我们描述了低质量恒星的辐射核心的动力学，以了解在这样的恒星的角动量的内部传输，这导致在太阳的固体旋转从0.7R_sun到0.2R_sun和弱的径向核心包层差异旋转的太阳型恒星。这项研究至少需要一个二维的描述，以捕捉纬度变化的差异旋转。我们建立了一个辐射核的二维数值模型，在其顶部施加一个纬向切变，以便在对流包络中再现圆柱形的差异旋转。本文对辐射-对流界面上测量纬向旋转差异的Rossby数进行了系统的研究。施加的切变产生一个地转流，意味着圆柱形的差异旋转。与稳定层结产生的斜压流相比，我们发现，当Rossby数足够高时，地转流占主导地位。对于低Rossby数，斜压的解决方案占主导地位的准shellular旋转配置文件。从3D模拟的比例定律，我们表明，慢转子预计有一个圆柱形的旋转配置文件。在恒星辐射带中，快旋子在主序星的开始可能有一个扁细胞轮廓。这项研究使我们能够预测不同类型的差分旋转，并强调需要与3D数值模拟协同开发的新一代2D旋转恒星模型。在低质量恒星中，由表面对流区引起的剪切对底层辐射区的动力学有很大的影响。但是，它不能在太阳配置中产生平坦的内部旋转轮廓，这需要在径向和纬向方向上传输角动量的额外过程。
2017-11-23 astro-ph.SR
The Sun's differential rotation is controlled by high-latitude baroclinically unstable inertial modes
本文通过数值模拟揭示高纬度斜压不稳定惯性模的反作用将太阳极区与赤道温差限制在7开尔文以内，并据此证明太阳的纬度较差自转已达到最大允许值。
2024-03-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Vertical shear instability in two-moment radiation-hydrodynamical simulations of irradiated protoplanetary disks II. Secondary instabilities and stability regions
本文研究了受辐射原行星盘轴对称辐射流体模拟中寄生在垂直剪切不稳定性（VSI）上的次级不稳定性，发现斜压扭矩与VSI模式相互作用触发开尔文-亥姆霍兹不稳定性等机制导致VSI饱和，并构建稳定图表明盘表面层可存在VSI不稳定。
2023-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Rotational suppression of the Tayler instability in stellar radiation zones
恒星辐射带的磁场研究是现代天体物理学中的一个重要课题，因为磁场在混合和角动量输运等输运现象中起着重要作用。我们考虑了旋转对辐射区主导环向磁场稳定性的影响。我们发现转动对稳定性的影响取决于基态的磁位形。如果环向场随球半径的增加足够快，则即使通过非常快的旋转也不能完全抑制不稳定性，尽管不稳定性的强度可以显著降低。另一方面，如果磁场随着半径的增加足够缓慢或减小，则不稳定性有一个阈值，并且可以在快速旋转的恒星中完全抑制。我们发现，在该地区的不稳定性完全抑制一种特定类型的磁流体动力学波可能存在的边缘稳定。
2013-03-27 astro-ph.SR
Flux-tubes forming instability near the base of the rotating convection zone: A possible explanation for low latitudes of sunspots
从对流层底部到太阳表面的强磁场通量管的上升已被证实是太阳黑子形成的一种可能机制。然而，具有足够强度（~10^5 G）的磁通管的起源还不确定。本文考虑了大尺度环形磁场对流热输运的磁抑制所引起的不稳定性作为通量管形成机制的候选者。考虑采用的分析依赖性的涡流扩散的磁场提供的平均场磁流体力学。的不稳定性往往会产生区域的空间尺度的顺序为100毫米的对流区的底部的场强增加。与11年周期相比，不稳定性的特征增长时间很短。不稳定性开始的阈值场强从赤道附近的几百高斯增加到中纬度的几千高斯。不稳定扰动的增长率随纬度的增加而减小。这些纬度趋势可能是观测到的太阳黑子活动局限于近赤道带的原因。
2020-03-20 astro-ph.SR
The Goldreich-Schubert-Fricke instability in stellar radiative zones
Goldreich-Schubert-Schuberke（GSF）不稳定性是一种旋转不稳定性，被认为有助于差异旋转恒星的角动量转移。它已被包括在最近的恒星演化的代码在一个类似扩散的近似下，假设运动粘度$ν$是不重要的发展的不稳定性。正如其他作者之前所指出的，对于大多数恒星应用来说，这可能不是一个有效的近似值。我们详细讨论了这个问题，解决的色散关系的扰动模式的实际值的$ν$在大部分的辐射区的太阳和三个红巨星在不同的演化阶段。我们发现，GSF的不稳定性只在非常强的剪切层中触发。在一个简单的案例研究中，我们还研究了一个小的偏离轴对称或一个小的背景磁场的影响。我们发现，像粘度一样，这些具有稳定作用。我们的结论是，这种不稳定性可能是远低于有效地传输角动量比通常假设的，甚至可能不存在。
2016-05-12 astro-ph.SR
Gravito-inertial waves in a differentially rotating spherical shell
本文用Boussinesq近似分析了重力惯性波在旋转球壳内的斜压层流中的传播。通过计算非耗散极限下的特征路径，并利用高分辨率谱方法求解全耗散本征值问题，研究了波动特性。引力惯性波被发现服从混合型二阶算子，并经常集中在短周期吸引子的特征或被困在一个楔形形成的转向表面和边界。我们还发现，本征模式，表现出较弱的粘度和热扩散的依赖性，就像真正的正规模式。一些轴对称模态被发现是不稳定的，并且可能被斜压不稳定性破坏。类似地，一些满足临界层（或共转共振）的非轴对称模式可以在足够低的扩散率下变得不稳定。在所有情况下，不稳定性都是由差动旋转驱动的。对于许多模式的频谱，整洁的幂律被发现的阻尼率与扩散系数的依赖性，但指数值的理论解释仍然难以捉摸的一般。本征值谱变得非常丰富和复杂，这让我们假设一个更丰富和更复杂的旋转恒星或行星的谱，这些恒星或行星具有由斜压性驱动的差分旋转。
2016-05-24 astro-ph.SR
Angular momentum transport in massive stars and natal neutron star rotation rates
大质量恒星的内部旋转动力学知之甚少。如果角动量（AM）的核心和包层之间的传输是无效的，大的核心AM核心坍缩时将产生快速旋转的中子星（NS）。然而，对低质量恒星的观测表明，一种有效的AM传输机制正在发挥作用，这可能会大大降低NS的自旋速率。在这里，我们研究的斜压不稳定性和磁泰勒不稳定性的差异旋转辐射区的影响。虽然斜压不稳定可能发生，泰勒不稳定可能是更有效的AM传输。我们将Fuller等人2019年规定的泰勒扭矩应用到大质量恒星的模型中，发现它们在演化的主序和氦燃烧阶段之间收缩时消除了绝大多数核心的AM。如果核心AM是保守的核心崩溃期间，我们预测出生NS旋转周期的$P_{\rm NS} \approx 50-200 \, {\rm ms}$，这表明这些扭矩有助于解释相对较慢的旋转速率的大多数年轻的NS，和罕见的快速旋转发动机驱动的超新星。在核心坍缩、不对称爆炸和各种双星演化情景之前通过波的随机自旋可能会增加许多NS的初始旋转速率。
2019-07-18 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stability of the toroidal magnetic field in stellar radiation zones
了解辐射区磁场的稳定性对恒星内部的各种过程如混合、环流和角动量输运等具有至关重要的意义。在Boussinesq近似下，考虑热传导效应，通过线性稳定性分析，研究了辐射区中含有显著环向场的恒星的稳定性.详细计算了不稳定性的增长率，并讨论了稳定层结和热输运的影响。虽然稳定层结可以显著地降低辐射区不稳定性的增长率，但重力的稳定作用并不能完全抑制辐射区电流引起的不稳定性
2011-10-14 astro-ph.SR
Magnetic pinch-type instability in stellar radiative zones
如果在其自转律中不存在cos^{4}θ项，则太阳速跃层对非轴对称扰动是流体动力学稳定的。我们还表明，在Ruediger和Kitchatinov（1997）的磁理论中，产生速跃层的200高斯振幅的环向场对非轴对称MHD扰动是稳定的，但当旋转周期稍慢于25天时，它变得不稳定。这种弱场的不稳定性来自于恒星辐射带的高热扩散率，而不是磁扩散率。然而，生长时间非常长（大约105个旋转时间）。随着化学混合的估计，我们发现最大可能的场振幅为~500高斯，以解释观测到的太阳锂丰度。具有如此低的场振幅的发电机应该与太阳活动周期无关。通过对MHD Taylor-Couette流的非线性模拟，发现对于旋转主导的磁不稳定性，其涡动粘性仅为分子粘性的量级。作为粘度和化学扩散的比率的施密特数增长到~20的值。在大多数恒星物理应用中，磁主导的泰勒不稳定性会被恒星自转淬灭。
2009-01-07 astro-ph.SR
Large-Scale Magnetic Field Fragmentation in Flux-Tubes Near the Base of the Solar Convection Zone
湍流热扩散率的磁淬火导致大尺度场的不稳定性，并产生空间隔离的增强场区域。这一结论是从平均场磁流体力学的框架，允许热扩散率依赖于磁场的线性稳定性分析。与11年的太阳活动周期相比，不稳定性的特征增长时间很短。增加的场区域的特征尺度以数十兆米计。这种不稳定性可以产生磁不均匀性，磁不均匀性浮升到太阳表面形成太阳活动区。磁场集中的磁能与有源区的能量在数量级上一致。
2018-10-15 astro-ph.SR
Interdependence of Electric Discharge and The Magnetorotational Instability in Protoplanetary Disks
研究了电阻磁流体动力学中电场放电对原行星盘磁旋转不稳定性的影响。我们已经进行了三维剪切盒模拟等离子体β和电击穿模型的各种值。我们发现，尽管高电阻率的MRI的自我维持。不稳定性引起引起电击穿的大电场，并且击穿保持不稳定性所需的高电离度。这种自维持MRI的条件由剪切运动的能量供应和欧姆耗散消耗的能量之间的平衡来设置。我们将条件应用于各种磁盘模型，并研究MRI的活动区、自维持区和死区。在最小质量太阳星云（MMSN）的基准模型中，新发现的持续区只占据了盘的有限体积。而在晚期贫气盘模型中，持续区占据了较大的盘体积。
2013-05-17 astro-ph.SR
Zombie Vortex Instability. II. Thresholds to Trigger Instability and the Properties of Zombie Turbulence in the Dead Zones of Protoplanetary Disks
在僵尸涡不稳定性（ZVI）中，扰动激发了分层旋转剪切流中的临界层（如原行星盘），导致它们产生涡层，涡层卷起形成反气旋僵尸涡和气旋涡面。这个过程是自我维持的，因为僵尸漩涡扰乱了新的关键层，产生了下一代僵尸漩涡。在这里，我们专注于两个问题：最小阈值的扰动，触发自持涡的产生，和后期僵尸湍流的大，小尺度上的属性。决定是否触发ZVI的关键参数是小尺度涡度的大小（而不是速度），不稳定性所需的最小Rossby数是$Ro_{crit}\sim0.2$（对于$β\equiv N/Ω= 2$），其中$N$是Brunt-Väisälä频率。当阈值由涡量设定时，推断马赫数的准则是有用的，对于柯尔莫哥洛夫噪声，临界马赫数与雷诺数成比例：$Ma_{crit}\sim Ro_{crit}Re^{-1/2}$。在原行星盘中，这是$Ma_{crit}\sim10^{-6}$。在大尺度上，僵尸湍流的特征是反气旋和典型的罗斯比数$\sim$ 0.3的气旋片。气旋片和反气旋的间距似乎对临界层的间距有一种“记忆”。在小尺度上，僵尸湍流没有初始条件的记忆，并具有类似Kolmogorov的能谱。虽然我们早期的工作是在均匀分层的限制，我们已经证明，ZVI工程的非均匀布伦特-Väisälä频率配置文件，可能会发现在原行星盘。
2016-05-24 astro-ph.SR
Differential rotation and radiative equilibrium in the Sun: is the tachocline spreading?
众所周知，恒星的正压旋转和辐射平衡的组合是不相容的。然而，太阳的内部自转远离正压，这至少在理论上允许太阳的热平衡是辐射带外边界附近的速跃层区域的辐射平衡之一。我们在这里表明，（i）辐射平衡的约束导致一个简单的常微分方程的太阳的旋转配置文件，和（ii）这个方程的解决方案可以找到，在目前的精度水平，非常类似的旋转配置文件推导出日震。更一般地说，我们计算多大的斜压偏离均匀旋转是需要保持辐射平衡，而没有纬向环流整个大部分的辐射区。需要非常小的偏差，远低于可检测性。速跃层辐射平衡的可行性表明，扩散边界层的问题可能没有以前认为的那么严重。
2015-02-23 astro-ph.SR
Thermal instabilities in accretion disks II: Numerical Experiments for the Goldreich-Schubert-Fricke Instability and the Convective Overstability in disks around young stars
本文通过数值实验验证了吸积盘中 GSF 与 COS 两种热不稳定性的理论增长率，发现 GSF 增长更快但近中平面停止，COS 最终主导，并揭示了观测所需分辨率要求。
2023-05-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
The gravo-magneto disc instability with a viscous dead zone
我们认为，在光盘死区，一个区域的光盘中平面的磁旋转不稳定性（MRI）驱动湍流没有足够的电离吸积盘包含一些湍流的演变。特别是，我们确定是否有额外的来源，在一个死区内的湍流能够抑制重力磁（GM）光盘爆发所产生的快速过渡，从重力产生的MRI产生的湍流。对于粘性$α$圆盘模型，我们考虑了两种可能在死区内驱动湍流的机制。首先，我们检查死区内的恒定$α$参数。这可能适用于流体动力学不稳定性，如斜压不稳定性，其中湍流水平是独立的MRI活跃的表面层的属性。在这种情况下，我们发现，光盘将不会变得稳定的爆发，除非死区湍流粘度是在MRI活性表面层相媲美。在这样的条件下，通过死区的吸积速率必须大于通过MRI活性层的吸积速率。在第二个模型中，我们假设通过死区的吸积流是通过活动层的吸积流的一个常数部分（小于1）。这可以适用于由MRI活性表面层激发的流体动力学波驱动的湍流。我们发现粘性死区对不稳定性几乎没有影响。然而，在这两种情况下，我们发现在爆发期间触发MRI可能是由于死区中的粘度加热，而不是自重力。因此，用于在死区内产生湍流的机制都不能显著地稳定盘或所产生的爆发行为。
2013-10-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
3D evolution of magnetic fields in a differentially rotating stellar radiative zone
具有辐射包层的恒星（如A型星）的磁场起源和演化问题，至今仍被认为是恒星物理学的一个挑战。这些区域很可能是差动旋转的，这表明差动旋转和磁场之间的强相互作用可能在起作用。我们数值计算的联合演变的磁场和速度场在一个三维球壳开始从一个初始配置文件的极向磁场和差分旋转。极向磁场最初被差动旋转卷起以产生变得不稳定的环向场。在这里研究的特殊设置中，差分旋转占主导地位，磁旋转不稳定性被触发。不稳定性的增长率主要取决于初始旋转速率，而背景状态通常在极向阿尔文时间内振荡。因此，我们发现，轴对称磁位形强烈修改的不稳定性，只有当极向阿尔芬频率和旋转速率之间的比率是足够小的。在最不稳定的情况下，发现角动量的增强运输：平坦的旋转轮廓的典型时间比扩散时间尺度快得多。我们得出结论，磁旋转不稳定性总是有利于（泰勒不稳定性）在未分层的球壳时，初始极向场被剪切足够强的圆柱差分旋转。给出了在A星中观测到的磁沙漠的一个可能的应用。我们认为，表现出强大的轴对称领域（AP星）和那些窝藏一个亚高斯磁性的恒星之间的二分法可能与不稳定的阈值。
2014-12-23 astro-ph.SR
Toroidal Field Reversals and the Axisymmetric Tayler Instability
我们提出了轴对称数值模拟的太阳内部，包括对流区和扩展的辐射内部。我们发现，在对流区的微分旋转诱导的环向场从最初的纯极向场。这种环向场变得不稳定的轴对称泰勒不稳定性，并经历向赤道传播的环向场逆转。这些反转发生在没有发电机的情况下，并且没有伴随的极向场反转。这种反转的性质和存在敏感地取决于施加的初始极向场强度，南北对称反转仅在特定的初始场强下可见。再加上一个发电机机制，再生极向场，这可能是太阳黑子周期的一个组成部分。
2011-08-14 astro-ph.SR
The stability of stratified, rotating systems and the generation of vorticity in the Sun
我们研究的线性行为的三维拉格朗日位移分层，剪切背景。平衡流的等熵面和等旋面被假定为轴对称的，但在其它方面则是完全二维的。三维磁场包括在微扰方程，但平衡被假定为是很好地描述了纯流体动力。该模型，在原则上非常普遍，是用来研究的行为，流体位移的环境中类似的太阳对流区。一些非常有启发性的结果出现了。除了高纬度以外，所有的位移都与观测到的恒定角速度的表面对齐。角速度在对流区的大部分中随深度保持恒定的趋势，以及旋转轮廓的其他关键特征，仅仅是从对控制方程的目视检查中出现的。在没有背景轴向角速度梯度的情况下，位移没有表现出向极偏置，这表明太阳对流“播放关闭”的preexisting剪切，而不是创建it. We认为，斜压涡度的正确顺序是产生在辐射/对流区边界由于离心畸变的等势面，这是不完全遵循等温表面。如果是这样，太阳内部自转的许多特征就会变得更加清晰，包括：i）速度跃层的总体外观; ii）差异自转延伸到辐射区; iii）对流区等自转表面形态的突然变化;和iv）当前的数值模拟无法在没有强加熵边界条件的情况下再现太阳自转轮廓。
2012-07-16 astro-ph.SR
The Role of the Magnetorotational Instability in the Sun
我们计算增长率的非轴对称不稳定性，包括整个太阳的磁旋转不稳定性（MRI）。我们首先推导出一个色散关系的非轴对称不稳定性，包括剪切，对流浮力的影响，和三个扩散系数（热导率，电阻率和粘度）。然后，我们使用一个太阳模型演变的恒星演化代码MESA和角速度配置文件确定的全球振荡网络组（GONG）日震学，以确定不稳定的模式存在于太阳的每个位置和相关的增长率。在整个对流区和略低于对流区的中高纬度地区，总体不稳定性具有不稳定模式。它包含三类模式：大尺度流体动力学对流模式、大尺度流体动力学剪切模式和小尺度磁流体动力学（MHD）剪切模式，这些模式可以适当地称为MRI模式。虽然大规模的对流模式是最迅速增长的模式，在大多数的对流区，MRI模式是重要的稳定分层和对流不稳定的位置附近的速跃层在colatitudes θ小于53度。非轴对称MRI模式的增长速度比相应的轴对称模式;对于某些极向磁场，非轴对称MRI增长率类似于角旋转频率ω，而轴对称模式是稳定的。我们简要地讨论了MRI模式产生的磁场的饱和度，发现在太阳对流区的基础上隐含的场与基于在速跃层中活跃的发电机得出的场相当，并且即使在上层对流区中，MRI产生的场的饱和度也可能是重要的。
2014-07-17 astro-ph.SR
Pulsational instability in B-type supergiant stars
我们提出的不稳定性分析的后主序星大质量恒星模型对径向和非径向脉动的结果。我们确认，p-和g-模式可以激发的$κ$ -机制作用于金属不透明凸块。然而，作为对先前的权利要求，我们发现，一个中间对流区（ICZ）有关的氢燃烧壳是没有必要的激发g模式。这些模式可以在Brunt-Väisälä频率的最小值处反射，该频率位于辐射氦核周围的化学成分梯度区域的顶部。这个极小值与实际温度梯度从对流区的绝热值到其上的辐射值的变化有关，因此，在这个演化阶段脉动的存在并不证明对流区的存在，而只是某些反射层的存在。最后，我们表明，没有规则的模式，可以预期在蓝超巨星振荡光谱，但有一个前景的模式度，$\ell$，从多色测光识别。
2013-04-18 astro-ph.SR
Solar inertial modes: Observations, identification, and diagnostic promise
长期以来，缓慢旋转恒星的振荡被分为球状和环状模式。球形模式包括在日震学中使用的众所周知的5分钟声学模式。在这里，我们报告的观测太阳的环形模式，其中的回复力是科里奥利力，其周期是太阳自转周期的顺序。通过比较观察到的差分旋转球壳的正常模式，我们能够识别许多观察到的模式。它们是高纬惯性模、临界纬度惯性模和赤道Rossby模。在模式中，高纬模态和临界纬模态在对流带底部具有最大动能密度，高纬模态由于纬向熵梯度的存在而具有斜压不稳定性。作为惯性模式日震学的第一个应用，我们约束的超绝热和湍流粘性的深对流区。
2021-07-20 astro-ph.SR
Gravito-inertial modes in a differentially rotating spherical shell
虽然许多中等质量和高质量的主序星都是快速和差动旋转的，但人们对旋转对振荡模式的影响知之甚少。在这次交流中，我们提出了第一个研究轴对称重力惯性模式的辐射区的差分旋转的明星。我们考虑一个简化的模型，其中的辐射区的恒星是一个线性分层旋转流体的球壳，由于斜压效应的差异旋转。我们用高分辨率的谱计算来解决本征值问题，并通过特征线理论来确定波的传播域。我们探讨了两种模式的传播特性：那些可以在整个壳和那些被限制在一个子域。我们发现的一些模式将动能集中在被称为吸引子的短周期剪切层周围。我们描述了各种几何形状的传播域，调节相应模式的表面可见性。
2014-11-13 astro-ph.SR
Dead Zones around Young Stellar Objects: FU Orionis Outbursts and Transition Discs
我们进行全球时间依赖性的模拟周围的一个年轻的恒星对象与死区（磁旋转不稳定性不能驱动湍流，因为材料没有充分电离的区域）的吸积盘。对于大约10^-7 Msun/yr的盘状吸积速率，如果临界磁雷诺数大于大约10 ^4，就会出现死区。我们模拟了分子气体云的坍缩。在早期，当下落吸积率很高时，盘是热电离和充分湍流的。然而，当下落吸积率下降时，如果临界磁雷诺数足够大，则可能形成死区，否则盘保持完全湍流。由于死区的存在，圆盘会变得不稳定，从而导致重力-磁不稳定。恒星的质量在大的吸积爆发中增长，这可能解释FU Orionis事件。在后期，圆盘中没有足够的质量来发生爆发，但随着圆盘冷却，死区变得更加突出。在圆盘演化的后期阶段，大的内部死区可能有助于解释带有内孔的过渡圆盘的观测结果。
2012-04-13 astro-ph.SR
Meridional Circulation From Differential Rotation in an Adiabatically Stratified Solar/Stellar Convection Zone
恒星对流区的经向环流通常不能很好地观测到，但对磁流体发电机可能是至关重要的。来自差速旋转（DR）的科里奥利力在确定纬向环流中起着重要作用。在这里，我们考虑一个在与自转轴同心的圆柱上保持恒定的恒星DR是否能驱动一个纬向环流。使用两个相关形式的控制方程，分别估计的纵向分量的旋度的纬向质量通量和涡度，我们表明，这样的DR将驱动纬向流。这是因为为了满足滞弹性质量守恒，所有DR都必须存在非球对称压力等值线，而不仅仅是与旋转轴同心的圆柱体上偏离恒定性的压力等值线。因此，如果DR存在，流体总是斜压的，因为在滞弹性系统中，扰动压力必须满足泊松型方程，以及状态方程和热力学方程。我们支持我们的定性推理与数值例子，并表明，纬向环流是敏感的大小和形式的偏离旋转常数的圆柱。该效应应存在于3D全球滞弹性对流模拟中，特别是那些由全球对流驱动的DR在剖面上接近圆柱形的模拟。对于类似太阳的DR，科里奥利力通常在每个半球驱动一个双胞环流，在高纬度地区有第二个反向流动。对于类似太阳的湍流粘性，科里奥利力产生的日冕环流比在太阳上观察到的要大得多。因此，必须至少有一个额外的力，可能是浮力，它反对的纬向流，使其振幅下降到观察值。
2013-08-21 astro-ph.SR
Differential rotation in solar-like stars from global simulations
为了探索类太阳恒星中大规模流动的物理学，我们对具有类似太阳内部分层的全球模型进行了旋转对流的3D滞弹性模拟。数值方法是基于一个隐式的大涡模拟的方法，旨在捕捉非解决小尺度的影响。我们得到两个制度的差异旋转，赤道纬向流加速旋转的方向（类太阳）或在相反的方向（反太阳）。类太阳差异自转的模式倾向于产生多个纬向环流圈，而反太阳差异自转的模式只产生一个或两个纬向环流圈。我们的模拟结果表明，旋转和大规模的流动模式严重依赖于浮力和科里奥利力之间的比例。通过包括一个亚绝热层在底部的域，对应于分层的辐射区，我们重现了一层强径向剪切类似于太阳速跃层。同样，在顶部的超绝热性增强的结果，在近地面剪切层主要位于低纬度。该模型揭示了一个纬度熵梯度定位在对流区的底部和稳定区，但不传播整个对流区。因此，斜压性效应仍然很小，旋转等值线沿旋转轴在圆柱体中对齐。我们的研究结果证实了大对流单体沿旋转轴在深对流区的排列，并建议这种“香蕉细胞”模式可以隐藏在超颗粒层。
2013-10-30 astro-ph.SR
On radiation-zone dynamos
结果表明，磁流驱动的（“扭结型”）不稳定性产生具有螺旋度甚至具有α效应的流场和场图，但前提是磁背景场本身具有非零电流螺旋度\bar{\vec{B}} \cdot旋度\bar{\vec{B}}。具有正的大尺度流螺旋度的场导致负的小尺度动力学螺旋度。由此产生的α效应是积极的。这些结果对于<i>没有背景场的z/I>依赖性的圆柱形设置是非常严格的。符号规则也适用于更复杂的情况下，在球的环向场的作用的差异旋转（从化石极向场诱导）的结果，至少在这种情况下，全球旋转被关闭后，发病的不稳定性。
2010-12-03 astro-ph.SR
The effective magnetic Prandtl number in magnetized and differentially rotating stellar radiation zones
与应用程序的内部恒星辐射区，线性理论被用来分析偶极宇称环形背景场的不稳定性，在存在的密度分层，差分旋转，和现实的小普朗特数。物理参数是归一化纬向切变$a$和归一化场振幅$b$。仅考虑具有最大增长率的波长的解。如果将这些尺度与速度的径向值结合起来，人们发现（非常小的）径向速度仅略微依赖于$a$和$b$，因此它可以用作本征值系统的自由参数。由此产生的不稳定性产生的磁扩散率和涡流粘度张量是高度各向异性的。纬向涡动扩散系数比径向涡动扩散系数大几个数量级。它的纬向分布显示出强烈的浓度向两极，这也是真实的有效粘度已通过角动量输运的不稳定模式计算。由此产生的有效磁普朗特数达到$O(10^2)$的值，使得差旋的衰减比环向背景场快得多，这是用磁不稳定性解释观测到的早期红巨星和亚巨星核慢旋的必要条件。
2015-03-24 astro-ph.SR
Zones of Tayler Instability in Stars
本文扩展了 Tayler 不稳定性分析至热与成分分层，提出解析判据并植入 MESA 代码，绘制恒星演化模型中的稳定性区域，发现低质量恒星在氢燃烧壳层被抑制，高质量恒星波数异于预期。
2025-06-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Zombie Vortex Instability I: A Purely Hydrodynamic Instability to Resurrect the Dead Zones of Protoplanetary Disks
人们对原行星盘死区中的流体动力学不稳定性有相当大的兴趣，它是驱动角动量传输的机制，也是粒子捕获涡旋的来源，以混合球粒和孕育星子的形成。我们目前的模拟与伪谱滞弹性代码和可压缩代码雅典娜，表明稳定分层流在剪切，旋转盒是剧烈不稳定的，并产生空间填充，持续的湍流为主的大涡Rossby数的顺序为0.2-0.3。这种僵尸涡不稳定性（ZVI）在两个代码中都被观察到，并且是由马赫数小于0.01的Kolmogorov湍流触发的。通常的看法是，如果给定的恒定密度流是稳定的，那么稳定的垂直分层应该使流动更加稳定。然而，我们表明，足够的垂直分层可以是不稳定的零电压指数。ZVI是鲁棒的，不需要特别调整边界条件，或初始径向熵或涡度梯度（尽管我们只研究了无限冷却时间的限制）。这个悖论的解决方案是，稳定层结允许一个新的途径不稳定：斜压临界层。ZVI在以前的旋转剪切盒中流动的研究中没有出现，因为这些计算经常缺乏垂直密度分层和/或足够的数值分辨率。虽然我们不期望可观的角动量输运ZVI在本研究中的小域，我们假设ZVI在较大的域与可压缩方程可能会导致角运输通过螺旋密度波。
2015-04-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Electron Heating in the Magnetorotational Instability: Implications for Turbulence Strength in Outer Regions of Protoplanetary Disks
磁旋转不稳定性（MRI）在电离分数足够高的原行星盘区域中驱动剧烈的湍流。最近已经表明，由MRI引起的电场可以加热电子，从而影响气体中的电离平衡。特别是，在存在大量尘埃颗粒的盘中，电子加热导致电子丰度降低，从而防止MRI的进一步增长。通过使用非线性欧姆定律，考虑到电子加热，我们调查在原行星盘的MRI和电离化学之间的负反馈变得重要。我们发现，“电子加热区”，该地区的电子加热限制了磁共振成像的饱和度，延伸到80 AU的最小质量的太阳星云与丰富的亚微米大小的颗粒。该区域比在相同盘模型中径向范围为$\sim20$ AU的常规死区大得多。缩放参数表明，在电子加热区的MRI湍流应该有一个显着较低的饱和度。电子加热区中的亚微米尺寸的晶粒是如此带负电荷，以至于它们的碰撞生长不太可能发生。我们目前的模型忽略了双极和霍尔扩散，但我们的估计表明，双极扩散也会影响MRI的电子加热区。
2015-12-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
FU Orionis disk outburst: evidence for a gravitational instability scenario triggered in a magnetically dead zone
本研究通过分析20余年近红外干涉观测数据，结合一维MHD模拟，发现FU Orionis星盘爆发最符合磁死区外边缘GI触发MRI的分层星盘模型，为理解早期星盘演化与行星形成的关联提供关键依据。
2023-04-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Coexisting Tayler instability-driven dynamos in radiative zones: New dynamo solution and its impacts on stellar physics
Université de Genève（日内瓦大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；IRAP, Université de Toulouse, CNRS, CNES, UPS（图卢兹大学 IRAP 研究所）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
研究旋转恒星演化模型面临的角动量传输问题，通过三维数值模拟研究泰勒 - 斯普鲁伊特发电机，发现两种共存发电机解决方案，提取相关标度律并约束了产生磁场在星震模式上的特征。
2026-07-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Vertical shear instabilities in rotating stellar radiation zones: effects of the full Coriolis acceleration and thermal diffusion
本文通过数值与渐近WKBJ线性稳定性分析，研究完整Coriolis加速度和热扩散对恒星辐射区垂直剪切不稳定性的影响，并提出对应湍流输运的涡黏模型。
2025-01-09 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Tidal dissipation and spin-orbit alignment due to the precessional instability in convection zones in rotating giant planets and stars
University of Exeter（埃克塞特大学）；University of Leeds（利兹大学）
本研究通过笛卡尔流体模拟探究旋转巨行星与恒星对流区的进动不稳定性潮汐耗散机制，分析其与湍流对流的相互作用及标度律，结合热木星内部模型发现该机制可高效驱动短周期行星的自旋-轨道对齐。
2025-10-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Horizontal shear instabilities in rotating stellar radiation zones: I. Inflectional and inertial instabilities and the effects of thermal diffusion
旋转混合是恒星演化的关键过程，它在恒星辐射带中传递角动量和化学元素。在过去的二十年里，人们一直把重点放在由垂直切变不稳定引起的湍流输送。然而，不稳定性所产生的水平剪切和强度的各向异性湍流运输，他们可能会触发仍然相对未开发。本文研究了恒星辐射带中稳定层结、自转和热扩散对水平剪切不稳定性的综合影响。数值求解了描述双曲切线水平剪切剖面流动线性不稳定性的特征值问题。作为第一步，我们考虑一个极$f$平面的重力和旋转矢量对齐。确定了两种类型的不稳定性：弯曲和惯性不稳定性。当垂直波数为零且沿外加流方向流向波数为有限时，由拐点引起的弯曲不稳定性是最不稳定的。三维弯曲不稳定性是不稳定的分层，而它是稳定的热扩散。惯性不稳定性是旋转驱动的，WKBJ分析表明，其增长率达到最大值$\sqrt{f(1-f)}$在无粘极限的垂直波数趋于无穷大，其中$f$是无量纲科里奥利参数。当层结增加时，有限垂直波数的惯性不稳定性稳定，而热扩散则使其不稳定。此外，我们发现了一个自相似的屈曲和惯性不稳定性的基础上重新标度参数$PeN^2$与Péclet数$Pe$和Brunt-Väisälä频率$N$。
2020-02-06 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Local gravitational instability of stratified rotating fluids: 3D criteria for gaseous discs
通过引力不稳定性的旋转气体系统的碎裂被认为是几个天体物理过程中的关键机制，例如原恒星盘中行星的形成，星系盘中分子云的形成，以及分子云中恒星的形成。对于无限薄的圆盘，引力不稳定性是相当好理解的。然而，薄盘近似在许多情况下是不合理的，它是普遍感兴趣的研究旋转流体的重力不稳定性与不同程度的旋转支持和分层。本文导出了轴对称扰动的频散关系，它可用于研究具有正压或斜压分布的旋转轴对称气体系统在任意点的局部引力稳定性。得到了三维稳定性判据，该判据推广了已有的结果，并可用于确定给定三维结构的旋转系统是否以及在何处易于形成团簇。对于厚度为$h_z$的垂直分层气体盘（定义为每单位表面含有70%质量的$\approx$），局部重力不稳定性的充分条件是$Q_{\rm 3D}\equiv\left(\sqrt{κ^2+ν^2}+c_s h_z^{-1}\right)/{\sqrt{4πGρ}}<1$，其中$ρ$是气体体积密度，$κ$是震中频率，$c_s$是声速，以及$ν^2\equivρ_z p_z/ρ^2$，其中$ρ_z$和$p_z$分别是气体密度和压力的垂直梯度。旋转（$κ^2$）和分层（$ν^2$）的联合稳定效应是明显的。在不稳定盘中，不稳定性的条件通常在中平面附近满足，在中平面处，预期增长的扰动具有几个$h_z$的特征径向范围。
2022-11-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Helicity and dynamo action in magnetized stellar radiation zones
计算了恒星辐射区环形磁场的非轴对称泰勒不稳定性驱动的螺旋度和α效应。在线性近似中，纯环向场总是激发具有相同增长率但具有相反螺旋度的模对，使得净螺旋度消失。如果磁场背景场具有额外（弱）极向分量的螺旋结构，则其中一种模式占主导地位，产生与背景场当前螺旋度相关的净动力学螺旋度。计算了平均电动势，结果表明，最快增长模的α效应与背景场的电流螺旋度同号。发现α效应太小而不能驱动α^{2}发电机，但对于弱极向场，αΩ发电机的激励条件可以满足。此外，如果发电机通过磁不稳定性产生它自己的α效应，那么它的符号就不会出现问题。然而，在所有情况下，α效应都表现出极强的集中，因此可能的αΩ发电机可能只在极区工作。因此，我们的线性理论的结果导致了一个新的拓扑问题的存在的大规模发电机在恒星辐射区的电流驱动的不稳定性的基础上。
2011-07-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Tidal dissipation due to the elliptical instability and turbulent viscosity in convection zones in rotating giant planets and stars
本文通过旋转瑞利-贝纳德对流模拟研究巨行星和恒星中椭圆不稳定性与湍流对流对潮汐耗散的贡献，推导并验证了有效黏性标度律，发现椭圆不稳定性对短周期热木星有效，而湍流对流黏性相对惯性波可忽略。
2023-06-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Convective Differential Rotation in Stars and Planets I: Theory
我们推导出缩放的微分旋转在缓慢和快速旋转的对流区使用数量级的方法。我们的计算适用于恒星和流体行星和所有旋转速率，以及磁化和纯流体动力系统。我们发现剪切$|R\nablaΩ|$的顺序的角频率$Ω$的缓慢旋转系统与$Ω\ll |N|$，其中$N$是\brvs \频率，并发现它下降的幂律$Ω$的快速旋转系统与$Ω\gg |N|$。进一步计算了纬向环流率和斜压性，并检验了快速旋转极限下的磁场强度。我们的结果与模拟和观测结果基本一致，我们与同伴论文中的结果进行了详细的比较。
2020-08-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
